(57)【要約】    【課題】  本発明は、視野角が広く高性能なマイクロレンズの鋳型となるマイクロレンズ用凹部付き基板を、安価かつ少ない工程で形成することができる、マイクロレンズ用凹部つき基板の製造方法を提供することを目的とする。    【解決手段】  本発明は、基板表面に複数のエッチングマスク膜を積層形成する工程であって、前記各エッチングマスク膜を、隣接する基板側のエッチングマスク膜よりもレーザ加工されやすい材料で形成する工程と、各凹部が形成される領域の中央部にレーザを照射して上記複数のエッチングマスク膜に貫通孔を形成する工程であって、各エッチングマスク膜の貫通孔を、隣接する基板側の前記エッチングマスク膜の貫通孔よりも大きく形成する工程と、を特徴とする方法を提供する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に複数の凹部が設けられ、該凹部に樹脂を供給することによりマイクロレンズが形成されるマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法であって、
前記基板表面に２以上のエッチングマスク膜を積層形成する工程であって、前記各エッチングマスク膜を、一つ基板側のエッチングマスク膜よりも低エネルギーのレーザで加工可能な材料で形成する工程と、
前記エッチングマスク膜の前記各凹部を形成すべき領域にレーザを照射して、該領域のそれぞれに貫通孔を形成する工程であって、前記各エッチングマスク膜の貫通孔を、一つ基板側の前記エッチングマスク膜の貫通孔よりも大きく形成する工程と、
前記貫通孔によって露出された前記基板の表面にエッチング液を接触させることによって、前記基板表面に凹部を形成する工程と、を含む方法。
【請求項２】
前記レーザを照射する工程で、該レーザの照射スポットにおいて、強度が中央から周辺に向かって減衰するガウシアン分布を有するレーザを用いる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記凹部を形成する工程において、前記エッチングマスク膜の貫通孔が拡大され、基板がエッチング液に接触する面積が変化することによって、前記凹部に段差が形成される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記エッチングマスク膜が２層であって、基板側から順に酸化クロム膜とクロム膜である、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記酸化クロム膜の膜厚をクロム膜の膜厚の１／４〜１／２とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の製造方法で製造された前記マイクロレンズ用凹部付き基板を鋳型とし、これに樹脂を充填して硬化させ、該樹脂から前記マイクロレンズ用凹部付き基板を取り外すことによって形成されたマイクロレンズアレイを備える透過型スクリーン。
【請求項７】
請求項６に記載の透過型スクリーンを備えるプロジェクタ。
【請求項８】
請求項６に記載の透過型スクリーンを備えるリアプロジェクションテレビ。
【請求項９】
請求項１から５のいずれか１項に記載の製造方法で製造された前記マイクロレンズ用凹部付き基板を鋳型とし、これに樹脂を充填して硬化させ、該樹脂から前記マイクロレンズ用凹部付き基板を取り外すことによって形成されたマイクロレンズアレイを備える表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リアプロジェクションテレビ等に用いられるマイクロレンズアレイ製造用の鋳型の成形方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リアプロジェクションテレビ等に用いられる凸型のマイクロレンズアレイ付き透過型スクリーンの製造方法として、マイクロレンズの鋳型となる凹部を備えるガラス基板を製造し、これに樹脂を充填して硬化させ、鋳型を取り外す方法が知られている。
【０００３】
このガラス基板の複数の凹部は、例えば、ガラス基板表面にエッチングマスクを成膜し、これに複数のピンホールを形成した後、ガラス基板をエッチング液に接触させて等方的にエッチングを進行させることによって形成することができる（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
エッチングマスクにピンホールを形成する方法としては、ピンホールの形状に対応した開口を有するレジスト層を形成し、次いでドライエッチングを行う方法や、ピンホールを形成する位置にレーザを照射してエッチングマスクを除去する方法などが用いられている。
【０００５】
ウェットエッチングによって凹部を形成する場合、ガラス表面にエッチングマスク膜として酸化クロム膜とクロム膜を順に積層しておくことで、凹部のＳＤ比（凹部の半径と深さの比）を１に近づけることができることが知られており、これを鋳型にすれば視野角の広い高性能なマイクロレンズを形成することができる。
【特許文献１】特開２０００−２５８６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、酸化クロム膜はクロム膜に比較してレーザを吸収しにくく、酸化クロム膜にクロム膜と同一形状の貫通孔を形成するためには、高エネルギーのレーザを照射することが必要とされる。一方、レジスト層を形成して、ドライエッチングにより貫通孔を形成する方法は、工程が複雑で設備も必要となるため製品のコストが高くなる傾向がある。
【０００７】
そこで、本発明は、視野角が広く高性能なマイクロレンズの鋳型となるマイクロレンズ用凹部付き基板を、安価に、かつ少ない工程で形成する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明にかかるマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法は、基板表面に２以上のエッチングマスク膜を積層形成する工程であって、各エッチングマスク膜を、一つ基板側のエッチングマスク膜より低エネルギーのレーザで加工可能な材料で形成する工程と、エッチングマスク膜の各凹部を形成すべき領域にレーザを照射して、該領域のそれぞれに貫通孔を形成する工程であって、各エッチングマスク膜の貫通孔を、一つ基板側のエッチングマスク膜の貫通孔よりも大きく形成する工程と、貫通孔によって露出された基板の表面にエッチング液を接触させることによって、基板表面に凹部を形成する工程と、を含む。
【０００９】
かかる方法では、最もレーザ加工しにくいエッチングマスク膜、即ち基板に直接積層されたエッチングマスク膜には最も小さい貫通孔を形成し、基板から遠く、レーザ加工しやすいエッチングマスク膜ほど大きな貫通孔を形成する。従って、複数のエッチングマスク膜の全てに同一形状の貫通孔を形成する方法に比べ、必要とされるレーザの照射エネルギーが小さい。
【００１０】
エッチングマスク膜に照射するレーザは、照射スポットにおいて、その強度が中央から周辺に向かって減衰するガウシアン分布を有することが好ましい。かかる強度分布を有するレーザを照射すれば、最もレーザ加工されにくい基板側のマスク膜には、もっとも強度の高いスポット中央部に微小な貫通孔が形成され、基板から離れたマスク膜には強度の低いスポット周縁部も利用されてより大きな貫通孔が形成される。
【００１１】
また、本発明に係る方法では、各エッチングマスク膜に大きさの異なる貫通孔を形成するため、貫通孔内の膜厚に段差が生じる。膜厚が薄い部分ほどウェットエッチングにより侵食されるのが速いので、エッチングが進むにつれて貫通孔は拡大される。基板のエッチングは等方的に進行するため、基板がエッチング液に接触する面積が一定であれば略半球状の凹部が形成されるが、該面積が変化することによって、形成される凹部に段差が生じる。本発明者らは、貫通孔が小さいときに形成される凹部、即ち最終的に形成される凹部の中央部は比較的曲率が高く、貫通孔が大きくなってから形成される凹部、即ち最終的に形成される凹部の周縁部は比較的曲率の低い凹部となることを見出した。
【００１２】
かかる構成により、凹部の縁を十分に広く、深さを十分に深くすることができるので、比較的低エネルギーのレーザで設けた貫通孔を利用して、効率よくＳＤ比が１に近い凹部を形成することが可能となる。また、凹部の縁付近の曲率が低くなることによって、隣接する凹部との境目のいわゆる「ツノ」の部分の断面積が比較的大きく形成されるので、樹脂を流し込んで基板を取り外すときに、ツノが欠けることが少なくなるという利点もある。
【００１３】
また、本発明に係る方法では、エッチングマスク膜が２層であり、基板側のエッチングマスク膜を酸化クロム膜として、基板から遠いほうのエッチングマスク膜をクロム膜とすることが好ましい。クロム膜は酸化クロム膜よりもレーザの吸収率が高く、酸化クロム膜にクロム膜を積層しておくことによって、酸化クロム膜にクロム膜よりも小さい貫通孔を容易に形成することができる。
【００１４】
酸化クロム膜とクロム膜を積層する場合は、その膜厚を１対４〜１対２とすることが好ましく、１対３がもっとも好ましい。酸化クロム膜は圧縮応力を、クロム膜は引っ張り応力を、それぞれ有していることが知られており、膜厚を１対４〜１対２とすることによってこれらを打ち消すことができ、固有の応力によってエッチング途中に膜が破れるのを防ぐことが可能となる。
【００１５】
本発明はまた、上述の製造方法で製造されたマイクロレンズ用凹部付き基板を鋳型とし、これに樹脂を充填することによって形成されたマイクロレンズアレイを含む透過型スクリーンを提供する。かかる透過型スクリーンは、安価に製造される、視野角の広いマイクロレンズアレイを備えた高性能なものであり、プロジェクタに好適に用いられる。
【００１６】
さらに、本発明は、上述の製造方法で製造されたマイクロレンズ用凹部付き基板を鋳型とし、これに樹脂を充填することによって形成されたマイクロレンズアレイを備える表示装置、特にリアプロジェクションテレビをも提供する。かかる表示装置も、安価に製造される、視野角の広いマイクロレンズアレイを備えた高性能なものである。
【００１７】
本発明に係るマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法では、レーザ照射によって、基板に近いエッチングマスク膜にはより小さな貫通孔を形成し、基板から遠いエッチングマスク膜にはより大きな貫通孔を形成して、ウェットエッチング法で凹部を形成することにより、比較的低エネルギーのレーザ照射でＳＤ比が１に近い凹部を得ることができる。このような凹部を有する基板を鋳型とすれば、視野角の広い高性能なマイクロレンズアレイを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
（従来技術）
まず、図５および図６を用いて従来技術を説明する。上述のように、従来法においても凹部のＳＤ比を１に近づけるため、まず、図５（Ａ）に示すようにガラス基板４０の上に、エッチングマスク膜として酸化クロム膜４２とクロム膜４４を形成する。続いて、図５（Ｂ）に示すように、凹部を形成する場所にレーザ照射または、凹部に対応するパターンのレジスト層を形成してエッチング（例えばＣＦガス等によるドライエッチング）を行い、貫通孔を形成する。貫通孔は、酸化クロム膜４２とクロム膜４４に同一の形状で形成するため、レーザ照射の場合は、貫通孔を形成する領域全体に、酸化クロム膜を加工できる強度のレーザ（図３に示すＥ2以上の強度を有するレーザ）を照射する必要がある。
【００２０】
続いて図５（Ｃ）に示すように、例えばフッ酸系エッチング液等によるウェットエッチングによって凹部４８ａ〜４８ｃを形成する。この際、本発明に係る方法と異なり、エッチングマスク膜の厚さは一様であるため、一部がエッチング液による侵食を受けて貫通孔の大きさが変化するということがない。したがって、凹部４８ａ〜４８ｃは、段差の無い略半球状の凹部となる。
【００２１】
次に、図５（Ｄ）に示すように、上述の方法で得られたマイクロレンズ用凹部付き基板Ｓ’に、樹脂５０を充填し、基板Ｓ’を取り外すことにより、マイクロレンズアレイが得られる。
【００２２】
図６に凹部４８ａの拡大図を示す。酸化クロム膜とクロム膜を積層してエッチングマスク膜として用いることにより、ＳＤ比が１に近い凹部を得ることができるが、本方法の場合、酸化クロム膜４２をすべて除去するために、比較的高エネルギーのレーザ照射が必要とされる。また、各凹部間に位置するツノ５２が、比較的鋭角に形成されるので、樹脂を鋳型から取り外す工程で、ツノ５２が欠けやすい傾向がある。
【００２３】
（第一の実施形態）
次に、本発明の実施形態に係るマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法の工程を説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態の製造方法の工程を説明する説明図である。まず、図１（Ａ）に示すように、ガラス基板１０上に、エッチングマスク膜として酸化クロム膜１２およびクロム膜１４を形成する。酸化クロム膜１２およびクロム膜１４は、スパッタ法または蒸着により形成することができる。酸化クロム膜１２とクロム膜１４の膜厚は１対３とすることが好ましく、例えば酸化クロム膜の膜厚を１００Å、クロム膜の膜厚を３００Åとすることができる。
【００２５】
なお、エッチングマスク膜は、基板１０の裏面（凹部を形成しない面）にも形成してもよく、これにより基板ごとエッチング液に浸漬させた場合に基板１０が裏面からエッチングされるのを防ぐことができる。
【００２６】
続いて、図１（Ｂ）に示すように、レーザを照射して酸化クロム膜１２およびクロム膜１０に貫通孔を形成する。利用可能なレーザとしてはＣＯ2レーザ、エキシマレーザ等のガスレーザ、ＹＡＧレーザ、フェムト秒レーザ等の固体レーザが挙げられる。
【００２７】
図３に、照射するレーザの、照射スポットにおける強度分布を示す。ｘは、照射スポットの直径に沿った長さを示し、ｘoは貫通孔が形成される位置の中心を表す。レーザの強度は、ｘoで最大となり、周辺に向かって減衰するガウシアン分布を有している。ここで、クロム膜１４および酸化クロム膜１２に貫通孔を形成するのに必要なレーザの照射エネルギーを、それぞれＥ1、Ｅ2とすると、Ｅ2より大きなエネルギーのレーザが照射されるｘ1〜ｘ2を直径とする領域には、酸化クロム膜１２およびクロム膜１４の両方に貫通孔が形成される。一方、レーザの照射エネルギーがＥ1より大きくＥ2より小さい領域、即ちｘ3〜ｘ4を直径とする領域からｘ1〜ｘ2を直径とする領域を除いた領域では、クロム膜１４のみが除去され、酸化クロム膜１２は加工されないか、わずかに除去されて薄くされる程度で、ガラス基板上に残される。
【００２８】
次に、図１（Ｃ）に示すように、ウェットエッチング液中に基板を浸漬する。ウェットエッチングは等方的に進行し、略半球状の凹部１６ａ〜１６ｃがガラス基板１０に形成される。エッチング液は、ＮＨ4ＨＦ2などフッ酸系エッチング液等を適宜選択して用いることができるが、硫酸等の酸を添加することにより、エッチング中に発生するガラスの生成物を溶かすことができ、エッチングレートを安定させることができる。
【００２９】
その後、図１（Ｄ）に示すように、このウェットエッチングよって薄く形成された酸化クロム膜１２も除去され、貫通孔が拡大される。拡大された貫通孔を介してガラス基板をエッチング液に接触させると、凹部１６ａ〜１６ｃの外周部に凹部１８ａ〜１８ｃが形成される。その結果凹部１６ａ〜１６ｃと凹部１８ａ〜１８ｃの間には、段差が形成される。
【００３０】
図２に凹部１６ａおよび１８ａの拡大図を示す。本発明に係る方法によれば、比較的低エネルギーのレーザを照射してエッチングマスク膜に貫通孔を形成したにもかかわらず、１に近いＳＤ比を得ることができる。また、凹部１８ａと凹部１８ｂの間に位置するいわゆる「ツノ」の部分の断面積が大きくなる形成されるので、樹脂を充填して形成したマイクロレンズアレイを基板１０から取り外すときに、ツノが欠けにくくなる。
【００３１】
図１（Ｅ）に、マイクロレンズ用凹部付き基板Ｓを示す。凹部が形成された後、例えばアルカリ水溶液等によるウェットエッチングなどによってエッチングマスク膜を除去することができ、これによりマイクロレンズ用凹部付き基板Ｓを得ることができる。また、裏面にもエッチングマスク膜を形成した場合は、このとき同時に除去することができる。
【００３２】
次に、図１（Ｆ）に示すように、マイクロレンズ用基板Ｓの凹部に樹脂２０を充填する。樹脂２０を硬化させた後、基板から取り外すことによって、凸型のマイクロレンズが配列された、マイクロレンズアレイが得られる。樹脂２０の材料としては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。
【００３３】
本実施形態によれば、比較的低エネルギーのレーザ照射により、酸化クロム膜１２を必要以上に除去せずに形成した貫通孔を用いて、ＳＤ比が１に近いマイクロレンズ用凹部を基板に形成することができる。この基板を鋳型とすれば、視野角の広い高性能なマイクロレンズアレイを得ることができる。また、この方法によって得られたマイクロレンズ用凹部付き基板の凹部には、段差が形成され、ツノの断面積が大きく形成されるので、樹脂製のマイクロレンズアレイを基板から取り外すときに、ツノが欠けることが少なく、繰り返し鋳型を使用することができる。
【００３４】
（表示装置）
本発明に係る製造方法により製造されたマイクレンズアレイは、従来法により製造されたマイクロレンズアレイが用いられているあらゆる用途に用いることができ、例えば、拡散板、ブラックマトリクススクリーン、透過型スクリーンとして好適に利用し得る。また、本発明のマイクロレンズアレイは透過型スクリーンを用いたプロジェクタ等の表示装置にも好適に使用することが可能である。このような表示装置としては、具体的には背面透過型画像表示装置（リアプロジェクションテレビ）などが挙げられる。
【００３５】
図４は、本発明に係る製造方法により製造されたマイクロレンズアレイを備えた背面透過型画像表示装置５００の概略図である。同図に示すように、上記表示装置５００には、筐体（キャビネット）５０２内に映像投射装置（投射型ブラウン管）５０４が備えられている。筐体５０２の後方の開口部はミラーカバーで覆われ、このミラーカバー内には反射鏡５０６が設置されている。筐体５０２前面には長方形状の開口部が形成されており、マイクロレンズアレイ１００が入射光側にレンズが形成された面１４０が向くように備えられている。
【００３６】
なお、本発明に係るマイクロレンズ用凹部付き基板Ｓは、樹脂を充填して硬化させ、樹脂と一体化された形で、マイクロレンズ基板として用いることもできる。このようなマイクロレンズ基板は、例えば液晶プロジェクタ用対向基板として用いることができる。
【実施例１】
【００３７】
本発明に係る方法で形成したマイクロレンズ用凹部付き基板Ｓを鋳型としてマイクロレンズアレイスクリーンを作製し、その視野角を測定した。
【００３８】
まず、マイクロレンズ用凹部付き基板は、ガラス基板上にエッチングマスク膜として酸化クロム膜を１００Åの厚さに形成し、その上にクロム膜を３００Åの厚さで積層した。
【００３９】
次に、酸化クロム膜およびクロム膜に、波長２４８ｎｍ、パワー密度０．７Ｊ／ｃｍ2のエキシマレーザを照射して直系２．０μｍの貫通孔を形成し、基板表面を露出させた。
【００４０】
続いて、エッチング液としてＮＨ4ＨＦ2を４％、Ｈ2ＳＯ4を４％含む水溶液を調製し、エッチングマスク膜の形成されたガラス基板を浸漬させた。これにより、図２に示すような段差を有する凹部が形成された。これに樹脂を充填して硬化させ、基板を取り外してマイクロレンズアレイを得た。
【００４１】
一方、比較例として、波長２４８ｎｍ、パワー密度１．０Ｊ／ｃｍ2のエキシマレーザを照射して直系２．０μｍの貫通孔を形成した。これにより、図６に示すような段差のない略半球状の凹部が形成された。これに樹脂を充填して硬化させ、基板を取り外してマイクロレンズアレイを得た。
【００４２】
それぞれのマイクロアレイについて、視野角を測定した結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
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この結果から、両者の視野角にはほとんど差がなく、低エネルギーのレーザ照射により貫通孔を形成した実施例のマイクロアレイレンズが、高エネルギーのレーザ照射により形成された比較例のマイクロアレイレンズと略同等の品質を有することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係るマイクロアレイ用凹部付き基板の製造方法の説明図である。
【図２】図１に示す方法で製造された凹部付き基板の一部拡大図である。
【図３】レーザ照射のエネルギーと、貫通孔の形成との関係を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係るリアプロジェクション型テレビの概略図である。
【図５】従来のマイクロアレイ用凹部付き基板の製造方法の説明図である。
【図６】図１に示す方法で製造された凹部付き基板の一部拡大図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０、４０…ガラス基板、１２、４２…酸化クロム膜、１４、４４…クロム膜、１６、１８、４８…凹部、２０…樹脂、２２、５２…ツノ、Ｓ、Ｓ'…マイクロアレイ用凹部付き基板、５００…リアプロジェクションテレビ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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